电子在材料中运动的方式决定了材料的电学特性，例如，当在导体上加上电压时，电子开始移动并产生电流，通常大家认为这些电子会沿着电场做直线移动。然而，这并不是电子唯一的运动方式，例如，当施加磁场时，电子便不再沿着电场线运动，其行进轨迹会出现弯曲，并在垂直电场方向产生电压，即“霍尔”电压。那么，是否可以在不施加磁场的情况下使电子行进轨迹出现弯曲呢？最近发表在国际顶级期刊Science上的一项研究表明，不施加磁场，仅使用圆偏振光激发，就可以在双层石墨烯中观察到电子行进轨迹的弯曲。该工作由一个国际研究团队完成，除北京石墨烯研究院（BGI）的尹建波研究员外，还包括来自西班牙光子科学研究所（ICFO）、美国哥伦比亚大学、新加坡南洋理工大学 (NTU)、日本国立材料研究所（NIMS）的科学家。
尹建波在北京石墨烯研究院继续从事相关研究工作
在双层石墨烯中，电子平均分布在两个能谷中，当沿垂直于双层石墨烯平面的方向施加电场时，两个谷中电子波函数的量子几何特性便不再等价，这导致两类电子的行进轨迹向相反的方向弯曲，产生的霍尔电压相互抵消。研究发现，使用圆偏振红外光可以选择性激发一个能谷中的电子，打破两个能谷间的平衡，产生霍尔电压。该工作的第一作者兼通讯作者，目前在石墨烯研究院担任器件部副部长的尹建波研究员说：“我们可以通过调节一个‘旋钮’——即垂直于双层石墨烯平面的电场，来连续改变波函数的量子几何特性（即贝里曲率），进而控制电子运动轨迹的弯曲程度，并通过测量其导致的霍尔电导率来观察这一变化。在双层石墨烯的带隙很小时，贝利曲率值很大，因此可以产生很大的霍尔电导”。该工作的通信作者，来自西班牙光子科学研究所的Frank Koppens教授说：“通过设计器件结构，我们可以测量光激发的霍尔电流，同时有效避免偏压引起的暗电流，实现比其他二维材料高几个数量级的光探测灵敏度。这一发现可能对红外和太赫兹传感的应用产生重大影响，因为双层石墨烯可以从半金属转变为具有非常小带隙的半导体，所以它可以检测到能量非常小的光子，基于此效应的双层石墨烯器件可以应用在空间成像、医学成像，材料的质量检测等领域”。
尹建波在北京石墨烯研究院继续从事相关研究工作
该项工作的作者还包括主要负责理论部分的Justin Song教授（新加坡南洋理工大学）以及主要负责构筑高质量双层石墨烯器件的James Hone教授（美国哥伦比亚大学）、其团队的Cheng Tan博士（并列一作）、日本国立材料研究所的Kenji Watanabe和Takashi Taniguchi。
参考文献：
Tunable and giant valley selective Hall effect in gapped bilayer graphene, Jianbo Yin, Cheng Tan, David Barcons-Ruiz, Iacopo Torre, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Justin C. W. Song, James Hone, Frank H. L. Koppens, SCIENCE, 375, 1398–1402 (2022)
https://doi.org/10.1126/science.abl4266
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